Клапан (варианты)

Изобретение относится к вакуумной технике и предназначено для перекрытия проходного сечения клапанов, установленных в гидро- и пневмосистемах, в том числе работающих в агрессивных средах. Клапан содержит соосно расположенные патрубки. Между патрубками соосно расположена катушка электромагнита. Внутри катушки электромагнита размещен с возможностью продольного перемещения полый якорь с открытым и глухим торцами и с, по меньшей мере, одним отверстием в боковой стенке со стороны глухого торца. Глухой торец образует тарелку клапана. Якорь установлен с возможностью его фиксации в двух положениях. В одном из этих положений тарелка прижимается к седлу клапана посредством прогиба и прощелкивания двух сплошных пластинчатых пружин с центральными отверстиями. Каждая из пластинчатых пружин герметично закреплена своей центральной частью на якоре. Периферийная часть закреплена на соответствующем патрубке. Имеется второй вариант выполнения клапана. По второму варианту тарелка клапана соединена с приводом перемещения с возможностью ее размещения между одним из торцов якоря и седлом клапана и отвода ее в радиальном направлении. Изобретение направлено на уменьшение потребления электроэнергии и загрязнения электромагнитным полем технологической среды, повышение надежности и долговечности клапана. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение может быть использовано в вакуумной технике, а также в гидро- и пневмосистемах, в том числе работающих в агрессивных средах.

Из уровня техники известен клапан, содержащий полый корпус, устройства питания и управления в виде электромагнитного привода, шток клапана, соединенный с одной стороны с заслонкой герметизирующего узла, а с другой - с якорем электромагнита, катушку электромагнита и пружину (см. “Отсечные (защитные) клапаны серии КМ-ВМ”, проспект НПФ “АРГОНАВТ-ТЕПЛОЭНЕРГО”, Москва, 2002). При включении известного клапана, т.е. при подаче напряжения на катушку электромагнита, якорь втягивается в катушку, и шток с заслонкой перемещается в состояние “открыто”, преодолевая усилие пружины.

Недостатком известного технического решения является потребление электроэнергии при открытом состоянии клапана, повышенное загрязнение среды электромагнитным полем, невысокая надежность и долговечность.

Задачей изобретения является создание клапана с низким потреблением электроэнергии, пригодного для использования в вакууме и чистых технологических средах без возникновения при работе микрочастиц износа за счет устранения в его конструкции узлов трения движения, и в котором якорь с внешней своей стороны находится вне вакуума.

Техническим результатом заявленного изобретения являются уменьшение потребление электроэнергии, уменьшение загрязнения электромагнитным полем и частицами износа технологической среды, а также повышение надежности и долговечности клапана.

Технический результат достигается тем, что клапан по первому варианту содержит два патрубка, между которыми соосно расположена катушка электромагнита, внутри которой размещен с возможностью продольного перемещения полый якорь с открытым и глухим торцами и с, по меньшей мере, одним отверстием в боковой стенке со стороны глухого торца с тарелкой клапана, якорь установлен с возможностью его фиксации в двух положениях и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана посредством прогиба и прощелкивания двух сплошных пластинчатых пружин с центральными отверстиями, каждая из которых герметично закреплена своей центральной частью на якоре, а периферийной частью - на соответствующем патрубке.

Периферийные части пластинчатых пружин закреплены на фланцах посредством их прижатия к торцам фланца прижимными кольцами при помощи шпилек, на один конец которых навинчена гайка, а на другой конец - стойка, соединяющая между собой верхний и нижний фланцы.

Тарелка клапана может являться торцом якоря или быть выполнена в виде отдельной детали и соединена с якорем, при этом центральная часть пластинчатой пружины зажата между торцом якоря и тарелкой клапана.

По другому варианту изобретения клапан содержит два патрубка, между которыми соосно расположена катушка электромагнита, внутри которой размещен с возможностью продольного перемещения полый якорь с открытыми торцами, который установлен с возможностью его фиксации в двух положениях и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана, посредством прогиба и прощелкивания двух сплошных пластинчатых пружин с центральными отверстиями, каждая из которых герметично закреплена своей центральной частью на якоре со стороны первого соответствующего торца и периферийной частью - на соответствующем патрубке, при этом тарелка соединена с приводом перемещения с возможностью размещения ее между первым торцом якоря и седлом клапана и отвода ее в радиальном направлении.

Привод перемещения включает полый корпус, установленную на нем катушку электромагнита и расположенный в корпусе якорь электромагнита, связанный с тарелкой, а корпус привода перемещения соединен с патрубком.

Якорь связан с тарелкой посредством жесткой тяги, расположенной в полости сильфона, герметично закрепленного одним торцом на якоре, а другим - на корпусе вокруг отверстия, через которое проходит жесткая тяга.

На наружной поверхности якоря, связанного с тарелкой, выполнены отверстия, в которых расположены шарики, подпружиненные в радиальном направлении к корпусу, а в последнем выполнены соответствующие углубления с возможностью западания в них шариков и фиксации положения якоря в двух положениях, соответствующих положению тарелки над седлом клапана и открытому положению клапана.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен прямопроходный клапан по первому варианту изобретения.

На фиг.2 (а, б) изображено место 1 на фиг.1 в увеличенном масштабе - варианты выполнения уплотнений.

На фиг.3 изображен прямопролетный клапан по второму варианту изобретения.

На фиг.4 изображены поперечные сечения А-А и В-В на фиг.3 прямопролетного клапана.

На фиг.5 изображено сечение С-С по фиг.4.

Прямопроходный клапан по первому варианту изобретения (см. фиг.1) состоит из верхнего 1 и нижнего 2 патрубков с фланцами, центральные оси которых совпадают с центральной осью клапана, а плоскости фланцев параллельны друг другу.

Внутренние торцевые стороны фланцев патрубков соединены с прижимными кольцами 3, 4 при помощи шпилек 5, 6, с одной стороны которых навинчены гайки 7, 8, а с другой - стойка 12, соединяющая фланцы между собой.

Между фланцами патрубков 1, 2 и прижимными кольцами 3, 4 по своему внешнему диаметру зажаты сплошные пластинчатые мембранные пружины 9 и 10 с прощелкиванием. Данное соединение герметизируется уплотнителями 13, 14.

В центральной части пластинчатых пружин 9, 10 выполнены отверстия, края которых закреплены на якоре 11, который выполнен в виде полого цилиндра с герметичными боковыми стенками.

Тарелка 15 клапана в варианте, изображенном на фиг.1, представляет собой глухой торец якоря 11 с уплотнением 16. В другом варианте (не показан) тарелка 15 может быть выполнена в виде отдельной детали, которая состоит из трубки, с одной стороны которой выполнен глухой торец с уплотнением 16, а с другой - наружная резьба, соответствующая внутренней резьбе якоря. В боковой стенке тарелки 15 выполнено, по меньшей мере, одно сквозное отверстие 17.

На противоположном торце от тарелки 15 клапана пружина 10 прижата к торцу якоря 11 при помощи полого винта 18, который снабжен наружной резьбой соответствующей внутренней резьбе якоря 11.

Места соединения пружин 9, 10 с торцами якоря 11 с одной стороны и с тарелкой 15 клапана и полым винтом 18 с другой могут быть загерметизированы двумя способами (см. фиг.2) - двухсторонним уплотнением с помощью двух уплотнительных элементов 20, 21 или трехсторонним уплотнением с помощью уплотнительного элемента 19 (на фиг.2 уплотнительный элемент показан в недеформированном состоянии). Герметичность может достигаться также за счет посадки указанных элементов на герметизирующий состав или каким-либо другим способом.

На якорь 11 коаксиально надета и закреплена в проточке кольца 4 путем зажатия между прижимными кольцами 3 и 4 катушка 22 электромагнита, расположенная на изолирующей катушке 23 и закрытая кожухом (не показан).

Прямопролетный клапан по второму варианту изобретения (см. фиг.3, 4) состоит из верхнего и нижнего патрубков 1 и 2 с фланцами, центральные оси которых совпадают с центральной осью клапана.

Фланцы патрубков 1 и 2 соединены с прижимными кольцами 3, 4 при помощью шпилек 5, 6. На одни концы шпилек 5, 6 навинчена стойка 12, соединяющая фланцы патрубков 1, 2 между собой, а два других конца - со стороны наружных торцов патрубков 1, 2 зафиксированы, соответственно, при помощи гайки 7 и путем завинчивания конца шпильки 6 в резьбовое отверстие 24, выполненное во фланце патрубка 2.

Между фланцем патрубка 1 и прижимным кольцом 3 с одной стороны и между фланцем патрубка 2 и прижимным кольцом 4 - с другой по своему внешнему диаметру зажаты сплошные пластинчатые мембранные пружины с прощелкиванием 10 и 9. Данное соединение герметизируется уплотнителями 13, 14.

Пластинчатые пружины 10, 9 своими центральными частями закреплены на якоре 11, который выполнен в виде полого цилиндра с герметичными боковыми стенками. Данная конструкция предусматривает зажим пружин 10, 9 между торцами якоря 11 и зажимными шайбами 25, 26, которые фиксируются с помощью группы винтов 27, 28 и герметизируются уплотнителями 29, 30, размещенными в канавках якоря 11. Для улучшения герметичности соединения с пластинчатыми пружинами 9, 10 якорь 11 с торцов выполнен с расширенной контактной поверхностью, которая может быть образована путем навинчивания полого винта 31 во внутреннюю резьбу якоря 11. Герметичность якоря 11 достигается за счет уплотнения 32 на торце полого винта 31.

В полости клапана, образованной между фланцем патрубка 2 и прижимным кольцом 4, перпендикулярно центральной оси якоря 11 расположена тарелка 15 клапана с уплотнительным элементом 16. Тарелка 15 соединена с приводом перемещения, что позволяет размещать ее между первым торцом якоря 11 и седлом клапана, которым служит патрубок 2, и отводить ее в радиальном направлении. Тарелка 15 присоединена к держателю 32, расположенному на штоке 33, лежащем в плоскости параллельной плоскости тарелки 15 клапана.

К фланцу патрубка 2 присоединен корпус 34 привода перемещения тарелки 15. Их соединение герметизируется промежуточной крышкой 35, прикрепляемой крепежными элементами 36 (см. фиг.4) в виде болта с гайкой. Герметичность соединения достигается за счет уплотнительного элемента 37.

Шток 33 (жесткая тяга) проходит в сквозное отверстие промежуточной крышки 35. Соединение герметизируется сильфоном 38, приваренным одной стороной к промежуточной крышке 35, а другой - к штоку 33, продетому сквозь него.

На конец штока 33 надевается якорь 39 привода перемещения и фиксируется гайкой 40. На якорь 39 надевается корпус 34, в котором якорь 39 имеет возможность свободно перемещаться. Корпус 34 крепится к промежуточной крышке 35 и к корпусу клапана с помощью крепежных элементов 41 (см. фиг.4) в виде болта с гайкой.

В сквозные отверстия торца якоря 39 вставлены шарики 42, удерживаемые пружиной 43, а корпус 34 привода имеет кольцевые проточки, с помощью которых шарики 42 вставляются в отверстия.

Коаксиально корпусу 34 на нем зафиксирована изолированная катушка 45 электромагнита, закрепленная с помощью гайки 46, навинчиваемой на корпус 34.

Катушка 45 может быть защищена кожухом (не показан).

Работа прямопроходного клапана осуществляется следующим образом.

Клапан открыт. На выводы катушки 22 подают электроэнергию в определенной полярности. На якорь 11 передается усилие, что заставляет якорь деформировать пластинчатые пружины 9, 10 и двигаться в направлении к седлу клапана (на фиг. 1 не показан). При определенном перемещении происходит прощелкивание пружин 9, 10 и тарелка 15 клапана упирается уплотнителем 16 в седло клапана, за счет чего происходит герметизация. При отключении подачи электроэнергии усилие уплотнителя создается пружинами 9, 10. Клапан закрыт.

При подаче напряжения на выводы катушки статора 22 с обратной полярностью на якорь 11 передается усилие в противоположном направлении. Якорь 11 начинает двигаться от седла клапана, преодолевая усилие пружин 9, 10, вследствие чего происходит разгерметизация. При дальнейшем перемещении якоря 11 происходит прощелкивание пружин 9, 10. При прекращении подачи электроэнергии пружины 9, 10 удерживают клапан в открытом состоянии. Клапан открыт.

Работа прямопролетного клапана осуществляется следующим образом.

Клапан открыт. На выводы катушки 45 подается напряжение. Создается усилие, действующее на якорь 39 привода. Шарики 42 выходят из кольцевого паза корпуса 34, деформируя пружину 43. Якорь 39 привода начинает движение, которое передается через шток 33 тарелке 15 клапана. Якорь 39 привода занимает крайнее к центру клапана положение. Тарелка 15 клапана перекрывает отверстие клапана, при этом шарики 42 под действием сжатой пружины 43 западают во вторую кольцевую проточку корпуса 34 привода и фиксируют якорь 39 и соединенную с ним тарелку 15 клапана в закрытом положении. Подача напряжения на выводы катушки 45 привода тарелки клапана прекращается.

На выводы катушки 22 подается напряжение. Создается усилие, действующее на якорь 11. Преодолевая сопротивление пластинчатых (тарельчатых) мембранных пружин 9, 10, якорь 11 начинает движение к тарелке 15 клапана. Тарельчатые пружины 9, 10 прощелкивают. Тарелка 15 клапана прижимается к седлу клапана – патрубку 2 и происходит герметизация с помощью уплотнительного элемента 16. Усилие уплотнения создают прощелкнувшие пружины 9, 10. Подача напряжения на выводы катушки 22 прекращается.

Клапан закрыт. Подается напряжение на выводы катушки 22 в обратной полярности. Создается усилие, действующее на якорь 11 в направлении от тарелки 15 клапана. Преодолевая сопротивление тарельчатых пружин 9, 10, якорь 11 начинает движение от тарелки 15 клапана. Снимается усилие уплотнителя. Происходит разгерметизация перекрытого отверстия, и под действием возвращающихся в исходное положение пружин подвески 44 (см. фиг. 5) тарелка 15 клапана отходит от седла клапана. Якорь 11 продолжает движение, в результате чего происходит прощелкивание тарельчатых пружин 9, 10. Якорь 11 занимает исходное положение открытого клапана. Подача напряжения на контакты катушки 22 прекращается.

Подается напряжение на контакты катушки 45 привода в обратной полярности. Создается усилие, действующее на якорь 39 привода в направлении от центральной оси клапана. Шарики 42 выходят из кольцевого паза корпуса 34 привода, деформируя пружину 43. Якорь 39 привода начинает движение от центральной оси клапана, которое передается через шток 33 тарелке 15 клапана. Якорь 39 привода занимает крайнее от центра привода положение. Тарелка 15 клапана полностью открывает прямопролетное отверстие клапана. Шарики 42 под действием сжатой пружины 43 проваливаются в первую кольцевую проточку корпуса 34 привода и фиксируют якорь 39 привода. Подача напряжения на контакты катушки 45 привода прекращается.

Таким образом, предложенные варианты клапанов потребляют электроэнергию только в процессе открытия и закрытия и не потребляют ее в открытом и закрытом состоянии.

1. Клапан, содержащий два патрубка, между которыми соосно расположена катушка электромагнита, внутри которой размещен с возможностью продольного перемещения полый якорь с открытым и глухим торцами и с, по меньшей мере, одним отверстием в боковой стенке со стороны глухого торца с тарелкой клапана, якорь установлен с возможностью его фиксации в двух положениях и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана посредством прогиба и прощелкивания двух сплошных пластинчатых пружин с центральными отверстиями, каждая из которых герметично закреплена своей центральной частью на якоре, а периферийной частью - на соответствующем патрубке.

2. Клапан по п.1, характеризующийся тем, что тарелка клапана выполнена в виде отдельной детали и соединена с якорем, при этом центральная часть пластинчатой пружины зажата между торцом якоря и тарелкой клапана.

3. Клапан, содержащий два патрубка, между которыми соосно расположена катушка электромагнита, внутри которой размещен с возможностью продольного перемещения полый якорь с открытыми торцами, который установлен с возможностью его фиксации в двух положениях и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана посредством прогиба и прощелкивания двух сплошных пластинчатых пружин с центральными отверстиями, каждая из которых герметично закреплена своей центральной частью на якоре со стороны соответствующего торца и периферийной частью на соответствующем патрубке, при этом тарелка соединена с приводом перемещения с возможностью размещения ее между одним из торцов якоря и седлом клапана и отвода ее в радиальном направлении.

4. Клапан по п.3, характеризующийся тем, что привод перемещения включает полый корпус, установленную на нем катушку электромагнита и расположенный в корпусе якорь электромагнита, связанный с тарелкой, а корпус привода перемещения соединен с патрубком.

5. Клапан по п.4, характеризующийся тем, что якорь связан с тарелкой посредством жесткой тяги, расположенной в полости сильфона, герметично закрепленного одним торцом на якоре, а другим - на корпусе вокруг отверстия, через которое проходит жесткая тяга.

6. Клапан по любому из п.4 или 5, характеризующийся тем, что на наружной поверхности якоря выполнены отверстия, в которых расположены шарики, подпружиненные в радиальном направлении к корпусу, а в последнем выполнены соответствующие углубления с возможностью западания в них шариков и фиксации положения якоря в двух положениях, соответствующих положению тарелки над седлом клапана и открытому положению клапана.